The all-sky 408 MHz map of Haslam et al. is one the most important total-power radio surveys. It has been widely used to study diffuse synchrotron radiation from our Galaxy and as a template to remove foregrounds in cosmic microwave background data. However, there are a number of issues associated with it that must be dealt with, including large-scale striations and contamination from extragalactic radio sources. We have re-evaluated and reprocessed the rawest data available to produce a new and improved 408-MHz all-sky map. We first quantify the positional accuracy (≈7 arcmin) and effective beam (56.0 ± 1.0 arcmin) of the four individual surveys from which it was assembled. Large-scale striations associated with 1/f noise in the scan direction are reduced to a level ≪1 K using a Fourier-based filtering technique. The most important improvement results from the removal of extragalactic sources. We have used an iterative combination of two techniques – two-dimensional Gaussian fitting and minimum curvature spline surface inpainting – to remove the brightest sources (≳2 Jy), which provides a significant improvement over previous versions of the map. We quantify the impact with power spectra and a template fitting analysis of foregrounds to the WMAP data. The new map is publicly available and is recommended as the template of choice for large-scale diffuse Galactic synchrotron emission. We also provide a higher resolution map with small-scale fluctuations added, assuming a power-law angular power spectrum down to the pixel scale (1.7 arcmin). This should prove useful in simulations used for studying the feasibility of detecting H i fluctuations from the Epoch of Reionization.

Abstract We estimate the efficiency of mitigating the lensing B -mode polarization, the so-called delensing, for the LiteBIRD experiment with multiple external data sets of lensing-mass tracers. The current best bound on the tensor-to-scalar ratio, r , is limited by lensing rather than Galactic foregrounds. Delensing will be a critical step to improve sensitivity to r as measurements of r become more and more limited by lensing. In this paper, we extend the analysis of the recent LiteBIRD forecast paper to include multiple mass tracers, i.e., the CMB lensing maps from LiteBIRD and CMB-S4-like experiment, cosmic infrared background, and galaxy number density from Euclid - and LSST-like survey. We find that multi-tracer delensing will further improve the constraint on r by about 20%. In LiteBIRD , the residual Galactic foregrounds also significantly contribute to uncertainties of the B -modes, and delensing becomes more important if the residual foregrounds are further reduced by an improved component separation method.

Abstract We explore the capability of measuring lensing signals in LiteBIRD full-sky polarization maps. With a 30 arcmin beam width and an impressively low polarization noise of 2.16 μ K-arcmin, LiteBIRD will be able to measure the full-sky polarization of the cosmic microwave background (CMB) very precisely. This unique sensitivity also enables the reconstruction of a nearly full-sky lensing map using only polarization data, even considering its limited capability to capture small-scale CMB anisotropies. In this paper, we investigate the ability to construct a full-sky lensing measurement in the presence of Galactic foregrounds, finding that several possible biases from Galactic foregrounds should be negligible after component separation by harmonic-space internal linear combination. We find that the signal-to-noise ratio of the lensing is approximately 40 using only polarization data measured over 80% of the sky. This achievement is comparable to Planck 's recent lensing measurement with both temperature and polarization and represents a four-fold improvement over Planck 's polarization-only lensing measurement. The LiteBIRD lensing map will complement the Planck lensing map and provide several opportunities for cross-correlation science, especially in the northern hemisphere.

Abstract We study the possibility of using the LiteBIRD satellite B -mode survey to constrain models of inflation producing specific features in CMB angular power spectra. We explore a particular model example, i.e. spectator axion-SU(2) gauge field inflation. This model can source parity-violating gravitational waves from the amplification of gauge field fluctuations driven by a pseudoscalar “axionlike” field, rolling for a few e-folds during inflation. The sourced gravitational waves can exceed the vacuum contribution at reionization bump scales by about an order of magnitude and can be comparable to the vacuum contribution at recombination bump scales. We argue that a satellite mission with full sky coverage and access to the reionization bump scales is necessary to understand the origin of the primordial gravitational wave signal and distinguish among two production mechanisms: quantum vacuum fluctuations of spacetime and matter sources during inflation. We present the expected constraints on model parameters from LiteBIRD satellite simulations, which complement and expand previous studies in the literature. We find that LiteBIRD will be able to exclude with high significance standard single-field slow-roll models, such as the Starobinsky model, if the true model is the axion-SU(2) model with a feature at CMB scales. We further investigate the possibility of using the parity-violating signature of the model, such as the TB and EB angular power spectra, to disentangle it from the standard single-field slow-roll scenario. We find that most of the discriminating power of LiteBIRD will reside in BB angular power spectra rather than in TB and EB correlations.

The current standard model of cosmology successfully describes a variety of measurements, but the nature of its main ingredients, dark matter and dark energy, remains unknown. is a medium-class mission in the Cosmic Vision 2015--2025 programme of the European Space Agency (ESA) that will provide high-resolution optical imaging, as well as near-infrared imaging and spectroscopy, over about 14\,000\,deg$^2$ of extragalactic sky. In addition to accurate weak lensing and clustering measurements that probe structure formation over half of the age of the Universe, its primary probes for cosmology, these exquisite data will enable a wide range of science. This paper provides a high-level overview of the mission, summarising the survey characteristics, the various data-processing steps, and data products. We also highlight the main science objectives and expected performance.

The Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) on board the satellite provides multiband photometry and $R slitless grism spectroscopy in the 950--2020\,nm wavelength range. In this reference article, we illuminate the background of NISP's functional and calibration requirements, describe the instrument's integral components, and provide all its key properties. We also sketch the processes needed to understand how NISP operates and is calibrated as well as its technical potentials and limitations. Links to articles providing more details and the technical background are included. The NISP's 16 H2RG detectors with a plate scale of $ deliver a field of view of 0.57\,deg$^2$. In photometric mode, NISP reaches a limiting magnitude of sim \,24.5\,AB\,mag in three photometric exposures of about 100\,s in exposure time for point sources and with a S/N of five. For spectroscopy, NISP's point-source sensitivity is a SNR = 3.5 detection of an emission line with flux sim \,$2 $ integrated over two resolution elements of 13.4\ in 3times 560\,s grism exposures at 1.6\ (redshifted Halpha ). Our calibration includes on-ground and in-flight characterisation and monitoring of the pixel-based detector baseline, dark current, non-linearity, and sensitivity to guarantee a relative photometric accuracy better than 1.5<!PCT!> and a relative spectrophotometry better than 0.7<!PCT!>. The wavelength calibration must be accurate to 5\ or better. The NISP is the state-of-the-art instrument in the near-infrared for all science beyond small areas available from HST and JWST -- and it represents an enormous advance from any existing instrumentation due to its combination of field size and high throughput of telescope and instrument. During six-year survey covering 14\,000\,deg$^2$ of extragalactic sky, NISP will be the backbone in determining distances of more than a billion galaxies. Its near-infrared data will become a rich reference imaging and spectroscopy data set for the coming decades.

The near-infrared calibration unit (NI-CU) on board NISP is the first astronomical calibration lamp based on LED to be operated in space. is a mission in ESA's Cosmic Vision 2015--2025 framework to explore the dark universe and provide a next-level characterisation of the nature of gravitation, dark matter, and dark energy. Calibrating photometric and spectrometric measurements of galaxies to better than 1.5<!PCT!> accuracy in a survey homogeneously mapping sim \,14\,000\,deg$^2$ of extragalactic sky requires a very detailed characterisation of NIR detector properties as well as constant monitoring of them in flight. To cover two of the main contributions -- relative pixel-to-pixel sensitivity and non-linearity characteristics -- and to support other calibration activities, NI-CU was designed to provide spatially approximately homogeneous ($<$\,12<!PCT!> variations) and temporally stable illumination (0.1<!PCT!>--0.2<!PCT!> over 1200\,s) over the NISP detector plane with minimal power consumption and energy dissipation. NI-CU covers the spectral range sim \,nm -- at cryo-operating temperature -- at five fixed independent wavelengths to capture wavelength-dependent behaviour of the detectors, with fluence over a dynamic range of gtrsim \,100 from sim $. For this functionality, NI-CU is based on LED . We describe the rationale behind the decision and design process, the challenges in sourcing the right LED and the qualification process and lessons learned. We also provide a description of the completed NI-CU, its capabilities, and performance as well as its limits. NI-CU has been integrated into NISP and the satellite, and since launch in July 2023, it has started supporting survey operations.

Verifying the fully kinematic nature of the long-known cosmic microwave background (CMB) dipole is of fundamental importance in cosmology. In the standard cosmological model with the Friedman--Lemaitre--Robertson--Walker (FLRW) metric from the inflationary expansion, the CMB dipole should be entirely kinematic. Any non-kinematic CMB dipole component would thus reflect the preinflationary structure of space-time probing the extent of the FLRW applicability. Cosmic backgrounds from galaxies after the matter-radiation decoupling should have a kinematic dipole component identical in velocity to the CMB kinematic dipole. Comparing the two can lead to isolating the CMB non-kinematic dipole. It was recently proposed that such a measurement can be done using the near-infrared cosmic infrared background (CIB) measured with the currently operating telescope, and later with Roman . The proposed method reconstructs the resolved CIB, the integrated galaxy light (IGL), from Wide Survey and probes its dipole with a kinematic component amplified over that of the CMB by the Compton--Getting effect. The amplification coupled with the extensive galaxy samples forming the IGL would determine the CIB dipole with an overwhelming signal-to-noise ratio, isolating its direction to sub-degree accuracy. We developed details of the method for Wide Survey in four bands spanning from 0.6 to 2 We isolated the systematic and other uncertainties and present methodologies to minimize them, after confining the sample to the magnitude range with a negligible IGL--CIB dipole from galaxy clustering. These include the required star--galaxy separation, accounting for the extinction correction dipole using the new method developed here achieving total separation, and accounting for the Earth's orbital motion and other systematic effects. Finally, we applied the developed methodology to the simulated galaxy catalogs, successfully testing the upcoming applications. With the techniques presented, one would indeed measure the IGL--CIB dipole from Wide Survey with high precision, probing the non-kinematic CMB dipole.

Abstract We present a study of the impact of a beam far side-lobe lack of knowledge on the measurement of the Cosmic Microwave Background B -mode signal at large scale. Beam far side-lobes induce a mismatch in the transfer function of Galactic foregrounds between the dipole and higher multipoles which degrads the performances of component separation methods. This leads to foreground residuals in the CMB map. It is expected to be one of the main source of systematic effects in future CMB polarization observations. Thus, it becomes crucial for all-sky survey missions to take into account the interplays between beam systematic effects and all the data analysis steps. LiteBIRD is the ISAS/JAXA second strategic large-class satellite mission and is dedicated to target the measurement of CMB primordial B modes by reaching a sensitivity on the tensor-to-scalar ratio r of σ ( r ) ≤ 10 -3 assuming r = 0. The primary goal of this paper is to provide the methodology and develop the framework to carry out the end-to-end study of beam far side-lobe effects for a space-borne CMB experiment. We introduce uncertainties in the beam model, and propagate the beam effects through all the steps of the analysis pipeline, most importantly including component separation, up to the cosmological results in the form of a bias δr . As a demonstration of our framework, we derive requirements on the calibration and modeling for the LiteBIRD 's beams under given assumptions on design, simulation, component separation method and allocated error budget. In particular, we assume a parametric method of component separation with no mitigation of the far side-lobes effect at any stage of the analysis pipeline. We show that δr is mostly due to the integrated fractional power difference between the estimated beams and the true beams in the far side-lobes region, with little dependence on the actual shape of the beams, for low enough δr . Under our set of assumptions, in particular considering the specific foreground cleaning method we used, we find that the integrated fractional power in the far side-lobes should be known at the level of ∼ 10 -4 , to achieve the required limit on the bias δr < 1.9 × 10 -5 . The framework and tools developed for this study can be easily adapted to provide requirements under different design, data analysis frameworks and for other future space-borne experiments, such as PICO or CMB-Bharat. We further discuss the limitations of this framework and potential extensions to circumvent them.

The Planck space mission has observed the first three rotational lines of emission of Galactic carbon monoxide (CO). Those maps, however, are either noisy or contaminated by astrophysical emissions from different origin. We revisit those data products to deliver new full-sky CO maps with low astrophysical contamination and significantly enhanced noise properties. To that effect, a specific pipeline is designed to evaluate and postprocess the existing Planck Galactic CO maps. Specifically, we use an extension of the generalized needlet Internal Linear Combination method to extract multicomponent astrophysical emissions from multifrequency observations. Well-characterized, clean, CO full-sky maps at 10′ angular resolution are produced. These maps are made available to the scientific community and can be used to trace CO emission over the entire sky and to generate sky simulations in preparation for future cosmic microwave background (CMB) observations.